LE MEMBRANE BIOLOGICHE Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico, caratteristiche dei lipidi di membrana, fluidità, movimenti dei lipidi nel doppio strato, asimmetria. Le proteine di membrana: rapporti col doppio strato lipidico, proteine periferiche e proteine integrali di membrana.

Funzioni della membrana plasmatica Regola il trasporto di nutrienti nella cellula Regola il trasporto di cataboliti fuori della cellula Mantiene le condizioni chimiche appropriate nella cellula Capta segnali dall’ambiente extracellulare Permette l’interazione con altre cellule Contiene siti specifici di riconoscimento Contiene sistemi enzimatici necessari al metabolismo energetico

Le membrane biologiche La struttura e la funzione di base di tutte le membrane biologiche dipendono dai LIPIDI (fosfolipidi, derivati degli steroidi) La funzione specifica di ciascuna membrana dipende invece dalle PROTEINE che sono espresse su quella specifica membrana Sia i LIPIDI che le PROTEINE di membrana possono essere glicosilati (GLICOLIPIDI E GLICOPROTEINE); generalmente sul lato esterno, funzione di riconoscimento di molecole o altre cellule

Quali funzioni sono associate ai vari componenti? Lipidi: - Barriera idrofobica Proteine: - Trasporto specifico - Riconoscimento e comunicazione - Conversione di energia Carboidrati: 5

LIPIDI DI MEMBRANA FOSFOGLICERIDI FOSFOLIPIDI SFINGOMIELINA CEREBROSIDI GLICOLIPIDI GANGLIOSIDI COLESTEROLO

Struttura di una molecola fosfolipidica

Doppio plasmide

A causa della loro natura anfipatica, i fosfolipidi in ambiente acquoso tendono a disporsi spontaneamente a formare doppi strati (bilayers)

La microscopia conferma l’idea del doppio strato lipidico 5-10 nm

FLUIDITA’ DEI DOPPI STRATI LIPIDICI L’assenza di legami covalenti tra le molecole lipidiche permette alle singole molecole di muoversi all’interno di ogni singolo strato, ed è questo che rende le membrane “fluide”

STABILITA’ DEI DOPPI STRATI LIPIDICI E’ determinata da una serie di forze non covalenti ma cooperative, e precisamente: INTERAZIONI IDROFOBICHE TRA LE CODE NON POLARI; LEGAMI ELETTROSTATICI TRA LE TESTE POLARI; PRESENZA DELL’ACQUA SU ENTRAMBE LE FACCE

Le interazioni non covalenti tra le code degli acidi grassi influenzano la mobilità delle singole molecole e quindi la fluidità: tali interazioni sono tanto maggiori quanto più numerosi sono gli acidi grassi a catena lunga e senza doppi legami (insaturi); la membrana risulta pertanto più fluida quando ci sono acidi grassi insaturi, a catena corta

La temperatura condiziona la fluidità

Il colesterolo il colesterolo aiuta a rendere la membrana impermeabile alle piccole molecole solubili in acqua e mantiene la membrana flessibile in un ampio intervallo di temperature

Meno colesterolo  membrana più fluida Il colesterolo regola la fluidità delle membrane inserendosi tra le molecole dei fosfolipidi (di solito in prossimità di un acido grasso insaturo) Meno colesterolo  membrana più fluida

I Glicolipidi () La sfingomielina è anche un fosfolipide !

Ruolo dei glicolipidi protezione della membrana da condizioni estreme (basso pH, enzimi degradativi) funzione di legame con la matrice extracellulare Galattocerebroside Acido sialico (NANA) Ganglioside GM1 processi di riconoscimento cellulare isolamento elettrico nella membrana mielinica 18

Asimmetria del doppio strato lipidico I due strati hanno composizione differente - differenti fosfolipidi/glicolipidi tra interno ed esterno fosfatidilcolina sfingomielina colesterolo glicolipide fosfatidilserina fosfatidilinositolo fosfatidiletanolamina Spazio extracellulare citosol

Diversa composizione dei due foglietti fosfolipidici (asimmetria delle membrane)

Le membrane degli organelli hanno diversa composizione

Il movimento di “flip-flop” dei lipidi attraverso il doppio strato è termodinamicamente sfavorito

LE PROTEINE DI MEMBRANA E IL MODELLO A MOSAICO FLUIDO

Studio della struttura delle membrane biologiche: i modelli 1935 1972

Anche le proteine di membrana si distribuiscono asimmetricamente

Ruolo del RER nella sintesi delle proteine di membrana

proteine:lipidi ~ 1:25 1:70 (neuroni) 1:15 (membrana mitocondriale interna) proteine:lipidi ~ 1:25

In una a-elica i legami peptidici polari si trovano all’interno e i gruppi R delle catene laterali protrudono all’esterno

I lipidi e le proteine integrali di membrana dimostrano mobilità laterale nelle membrane biologiche

Glicocalice Tutti i carboidrati delle glicoproteine, proteoglicani e glicolipidi localizzati sul lato non citosolico della membrane formano un rivestimento di zuccheri chiamato il glicocalice

Glicocalice Il glicocalice protegge la surperficie cellulare dal danneggiamento meccanico e chimico lubrificando inoltre la superficie assorbendo acqua Gli oligosaccaridi della superficie cellulare forniscono a ciascun tipo cellulare un distinto marker di identificazione Il glicocalice è usato nel riconoscimento cellula-cellula 35